JPWO2014087805A1 - 調節器、制御方法および制御プログラム - Google Patents

調節器、制御方法および制御プログラム Download PDF

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Abstract

調節器は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、第１の操作量または第２の操作量を選択的に決定する操作量決定手段と、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するチューニング手段とを含む。チューニング手段は、第１の操作量および第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性からパラメータを決定する。

Description

本発明は、オートチューニング機能を有する調節器、その調節器における制御方法、およびその調節器を実現する制御プログラムに関する。
現在、ＰＩＤ制御系をはじめとするフィードバック制御系は、温度制御、速度制御、位置制御といった様々な用途で利用されている。このようなフィードバック制御系では、目標値の変更に対する応答性や外乱に対する収束性を高めるために、比例ゲイン、積分時間、微分時間といった制御パラメータを制御対象に応じて最適化することが重要である。
しかしながら、フィードバック制御系についての知識のないユーザが制御パラメータを最適化することは容易ではない。そのため、このような制御パラメータを自動的に最適化するオートチューニング機能が開発および実用化されている。このようなオートチューニング機能の代表例としては、ステップ応答法、限界感度法（非特許文献１参照）、リミットサイクル法（特許文献１および２参照）などが知られている。
具体的には、特開平０５−２８９７０４号公報（特許文献１）は、加熱および冷却２種類のＰＩＤ演算機能を有する加熱冷却調節計を開示する。この加熱冷却調節計は、加熱および冷却オートチューニング機能を有している。特開２００４−２２７０６２号公報（特許文献２）は、加熱アクチュエータに操作量を出力するヒートモードと冷却アクチュエータに操作量を出力するクールモードとを適宜切り換えて温度制御を行うヒートクール制御技術を開示している。このヒートクール制御技術は、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて制御パラメータを調整するリミットサイクルオートチューニング方法を含む。
特開平０５−２８９７０４号公報 特開２００４−２２７０６２号公報
J.G.Ziegler and N.B.Nichols, "Optimum Settings for Automatic Controllers", TRANSACTIONS OF THE A.S.M.E., November, 1942
フィードバック制御系に非線形要素を含む場合、つまり、操作量と制御対象に生じる制御量との間の非線形性が強い場合には、オートチューニング機能では制御パラメータを最適化できないこともある。特許文献１に記載の加熱冷却調節計は、非線形の静特性を有する制御対象に対して、冷却オートチューニング時において、制限率を用いて操作量の個々のレベルを制限するという構成を採用する。しかしながら、この制限率をどのような値に決定すべきかについては何ら開示されておらず、制御対象に応じて経験的または試行錯誤的に決定せざるを得ない。また、特許文献２に記載のヒートクール制御装置は、第１のリミットサイクルと第２のリミットサイクルとを発生させ、その制御応答に基づいて制御パラメータを算出するという構成を採用する。しかしながら、この特許文献２に記載の構成は、ヒート側の加熱能力とクール側の冷却能力とに差がある場合を想定しており、加熱能力および／または冷却能力の各々が非線形性を有するような場合には対応できない。
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、その目的は、非線形性の強い制御対象に対しても、オートチューニングを適切に行うことのできる調節器、その調節器における制御方法、およびその調節器を実現する制御プログラムを提供することである。
本発明の別の目的は、ユーザフレンドリなオートチューニング機能を有する調節器、その調節器における制御方法、およびその調節器を実現する制御プログラムを提供することである。
本発明のある局面に係るオートチューニング機能を有する調節器は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するチューニング手段とを含む。チューニング手段は、第１の操作量および第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性からパラメータを決定する。
好ましくは、チューニング手段は、直前の交互出力によって取得された応答特性から、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定する。
さらに好ましくは、チューニング手段は、直前の交互出力において第１の操作量が出力された期間の長さと第２の操作量が出力された期間の長さとに応じて、当該直前の交互出力における第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定する。
好ましくは、チューニング手段は、順次変更される第１の操作量の大きさの別に、第１の操作量に対応する制御量の変化速度との関係を評価することで、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有しているか否かを判断する。
好ましくは、チューニング手段は、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されなくとも、第１の操作量および第２の操作量の交互出力が予め定められた回数実行されると、最終の交互出力において取得された応答特性からパラメータを決定する。
本発明の別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するチューニング手段とを含む。チューニング手段は、直前の交互出力における第２の操作量が出力された期間の長さに対する第１の操作量が出力された期間の長さの比のｎ乗（ｎ＞１）に応じて、当該直前の交互出力における第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定する。
好ましくは、チューニング手段は、１．５≦ｎ≦３．０を満たすようなｎを用いて、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定する。
好ましくは、制御対象は、加熱装置および冷却装置を含む押出成形機を含み、加熱装置により制御対象に生じる加熱についての制御量は、対応する操作量について相対的に強い線形性を有しており、冷却装置により制御対象に生じる冷却についての制御量は、対応する操作量について相対的に強い非線形性を有している。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、第１の操作量および第２の操作量の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するチューニング手段とを含む。チューニング手段は、応答特性から第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を維持できる第１の操作量の範囲を推定するとともに、当該推定した範囲からパラメータを決定する。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するチューニング手段と、現在実行されている交互出力の回数を表示する表示手段とを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するチューニング手段と、パラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示する表示手段とを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器における制御方法は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップとを含む。パラメータを決定するステップは、第１の操作量および第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性からパラメータを決定するステップを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器における制御方法は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップとを含む。パラメータを決定するステップは、直前の交互出力における第２の操作量が出力された期間の長さに対する第１の操作量が出力された期間の長さの比のｎ乗（ｎ＞１）に応じて、当該直前の交互出力における第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定するステップを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器における制御方法は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、第１の操作量および第２の操作量の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップとを含む。パラメータを決定するステップは、応答特性から第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を維持できる第１の操作量の範囲を推定するとともに、当該推定した範囲からパラメータを決定するステップを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器における制御方法は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップと、現在実行されている交互出力の回数を表示するステップとを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器における制御方法は、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップと、パラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示するステップとを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムは、プロセッサに、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップとを実行させる。パラメータを決定するステップは、第１の操作量および第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性からパラメータを決定するステップを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムは、プロセッサに、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップとを実行させる。パラメータを決定するステップは、直前の交互出力における第２の操作量が出力された期間の長さに対する第１の操作量が出力された期間の長さの比のｎ乗（ｎ＞１）に応じて、当該直前の交互出力における第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定するステップを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムは、プロセッサに、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、第１の操作量および第２の操作量の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップとを実行させる。パラメータを決定するステップは、応答特性から第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を維持できる第１の操作量の範囲を推定するとともに、当該推定した範囲からパラメータを決定するステップを含む。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムは、プロセッサに、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップと、現在実行されている交互出力の回数を表示するステップとを実行させる。
本発明のさらに別の局面に係るオートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムは、プロセッサに、制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、第１の操作量および第２の操作量を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からパラメータを決定するステップと、パラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示するステップとを実行させる。
本発明のある局面によれば、非線形性の強い制御対象に対しても、オートチューニングによって制御パラメータを適切に決定できる。また、本発明の別の局面によれば、ユーザフレンドリなオートチューニング機能を提供できる。
本実施の形態に係るフィードバック制御系を示す模式図である。 本実施の形態に係るフィードバック制御系を実現するシステム構成を示す模式図である。 図２に示す制御対象プロセスにおける操作量と加熱能力および冷却能力との特性例を示す図である。 図２に示す制御対象プロセスにおける操作量と加熱能力および冷却能力との別の特性例を示す図である。 一般的なオートチューニングの実行時における制御対象の温度（観測量）および操作量の時間変化の一例を示す図である。 図５に示すオートチューニングの実行によって決定されたＰＩＤパラメータを用いてフィードバック制御を行った場合の制御対象の温度（観測量）および操作量の時間変化の一例を示す図である。 本実施の形態に係る調節器によるオートチューニング実行時の時間波形例を示す図である。 本実施の形態に係る調節器によるオートチューニング実行時の操作量の冷却能力の特性上における変化を示す図である。 本実施の形態に係る調節器によるオートチューニングにおける誤差の評価方法を説明するための図である。 実施の形態に係る調節器において実行されるオートチューニングの処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る調節器に搭載されるオートチューニング機能を実現する制御構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るオートチューニングに係る各部の時間波形を示す一例である。 図１２に示すオートチューニングの実行によって算出されたＰＩＤパラメータを用いた制御性能の比較例を示す図である。 本実施の形態に係る調節器が提供するユーザインターフェイスの一例を示す模式図である。 本実施の形態に係る調節器が提供するユーザインターフェイスの別の一例を示す模式図である。 本実施の形態の変形例１に係るオートチューニングに係る各部の時間波形を示す一例である。 図２に示す制御対象プロセスにおける加熱能力および冷却能力と操作量（加熱および冷却）との間の関係の一例を示す図である。 本実施の形態の変形例３に係るパラメータを決定する過程を説明するための図である。 本変形例に係るオートチューニング機能によって算出されたＰＩＤパラメータの誤差率の評価結果例を示す図である。
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
［Ａ．制御対象プロセス］
まず、本実施の形態に係る調節器の制御対象について説明する。図１は、本実施の形態に係るフィードバック制御系１を示す模式図である。図１を参照して、フィードバック制御系１は、調節器１００と、制御対象プロセス２００とを含む。制御対象プロセス２００は、アクチュエータとして加熱装置２１０および冷却装置２２０を含み、これらの装置が制御対象２３０に対して加熱または冷却を行う。
調節器１００は、制御対象２３０から取得される観測量（温度）が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、制御対象２３０の制御量に第１の変化（冷却）を生じさせるための第１の操作量（冷却側の操作量）、または、制御量に第１の変化とは反対の第２の変化（加熱）を生じさせるための第２の操作量（加熱側の操作量）を選択的に決定する。すなわち、基本的には、加熱と冷却とが同時になされることはなく、制御対象２３０の温度が予め設定された目標値と一致するように、加熱装置２１０による制御対象２３０に対する加熱、および、冷却装置２２０による制御対象２３０に対する冷却が選択的に実行される。
このような制御を実現するため、調節器１００は、フィードバックされる制御対象２３０の温度と予め設定される目標値とを比較して、加熱信号または冷却信号を選択的に、加熱装置２１０または冷却装置２２０へそれぞれ出力する。つまり、調節器１００は、加熱装置２１０および冷却装置２２０を制御することで、制御対象２３０の温度を一定に保つ。
以下の説明においては、制御対象２３０に属する量のうちで制御目的を代表するものを「制御量」と称し、制御対象２３０に設けられた温度センサなどの検出部によって取得された量を「観測量」と称する。厳密に言えば、「観測量」は「制御量」に何らかの誤差を含む値として定義されるが、この誤差を無視すれば、「観測量」は制御対象２３０の「制御量」とみなすことができる。そのため、以下の説明において、「観測量」と「制御量」とを同義で用いることもある。
図１に示す制御対象プロセス２００としては、任意のプロセスを含めることができるが、典型的には、押出成形機における原料の温度制御や恒温槽内の温度制御などが挙げられる。以下、押出成形機における原料の温度制御を一例として、本実施の形態の詳細な内容について説明するが、本発明の適用範囲はこのプロセスに限られるものではない。
本実施の形態に係る調節器１００を含むフィードバック制御系１は、ＰＩＤ制御系を含む。本明細書において、「ＰＩＤ制御系」は、比例動作（Proportional Operation：Ｐ動作）を行う比例要素、積分動作（Integral Operation：Ｉ動作）を行う積分要素、および微分動作（Derivative Operation：Ｄ動作）を行う微分要素のうち、少なくとも一つの要素を含む制御系を意味する。すなわち、本明細書において、ＰＩＤ制御系は、比例要素、積分要素および微分要素のいずれをも含む制御系に加えて、一部の制御要素、例えば比例要素および積分要素のみを含む制御系（ＰＩ制御系）なども包含する概念である。
本実施の形態に係る調節器１００は、ＰＩＤ制御系に必要な制御パラメータ（以下、「ＰＩＤパラメータ」とも記す。）を最適化するためのオートチューニング機能を有している。このオートチューニング機能として、調節器１００は、第１の操作量（冷却側の操作量）および第２の操作量（加熱側の操作量）を観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性からＰＩＤパラメータを決定する。すなわち、調節器１００は、冷却側の操作量と加熱側の操作量とを交互に出力してリミットサイクルを発生させ、この発生したリミットサイクルの応答特性に基づいて、ＰＩＤパラメータが決定される。このオートチューニング機能の詳細については、後述する。
［Ｂ．システム構成］
次に、図１に示すフィードバック制御系１を押出成形機のプロセスに適用した実装例について説明する。図２は、本実施の形態に係るフィードバック制御系１を実現するシステム構成を示す模式図である。
図２を参照して、調節器１００は、制御対象プロセス２００から測定された温度（観測量：Process Value；以下「ＰＶ」とも記す。）が、入力された目標値（設定値：Setting Point；以下「ＳＰ」とも記す。）と一致するように、操作量（Manipulated Value；以下「ＭＶ」とも記す。）を出力する。調節器１００は、この操作量として、加熱に係る加熱信号および冷却に係る冷却信号を出力する。
具体的には、調節器１００は、制御部１１０と、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換部からなる入力部１２０と、２つのデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換部からなる出力部１３０と、設定部１４０と、表示部１５０とを含む。
制御部１１０は、通常のＰＩＤ制御機能およびオートチューニング機能などを実現するための演算主体であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１２と、プログラムモジュール１１８を不揮発的に格納するＦｌａｓｈＲＯＭ（Read Only Memory）１１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１６とを含む。ＣＰＵ１１２は、プロセッサであり、ＦｌａｓｈＲＯＭ１１４に格納されたプログラムモジュール１１８を実行することで、後述するような処理を実現する。この際、読み出されたプログラムモジュール１１８の実行に必要なデータ（ＰＶおよびＳＰなど）は、ＲＡＭ１１６に一次的に格納される。ＣＰＵ１１２に代えて、デジタル信号処理に向けられたＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて構成してもよい。プログラムモジュール１１８については、各種の記録媒体を介して、アップデータできるように構成されてよい。そのため、プログラムモジュール１１８自体も本発明の技術的範囲に含まれ得る。また、制御部１１０の全体をＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを用いて実現してもよい。
入力部１２０は、後述する温度センサからの測定信号を受信し、その値を示す信号を制御部１１０へ出力する。例えば、温度センサが熱電対である場合には、入力部１２０は、その両端に発生する熱起電力を検出する回路を含む。あるいは、温度センサが抵抗測温体である場合には、入力部１２０は、当該抵抗測温体に生じる抵抗値を検出する回路を含む。さらに、入力部１２０は、高周波成分を除去するためのフィルタ回路を含んでいてもよい。
出力部１３０は、制御部１１０で算出される操作量に従って、加熱信号または冷却信号を選択的に出力する。具体的には、デジタル・アナログ変換部を含む加熱側出力部１３２は、制御部１１０で算出された操作量を示すデジタル信号をアナログ信号に変換し、加熱信号として出力する。一方、デジタル・アナログ変換部を含む冷却側出力部１３４は、制御部１１０で算出された操作量を示すデジタル信号をアナログ信号に変換し、冷却信号として出力する。
設定部１４０は、ユーザの操作を受け付けるボタンやスイッチなどを含み、受け付けたユーザ操作を示す情報を制御部１１０へ出力する。典型的には、設定部１４０は、ユーザから目標値（ＳＰ）の設定やオートチューニングの開始指令を受け付ける。
表示部１５０は、ディスプレイやインジケータなどを含み、制御部１１０における処理の状態などを示す情報をユーザへ通知する。
一方、制御対象プロセス２００は、制御対象２３０（図１）の一例である押出成形機２３２を含む。押出成形機２３２は、チューブセクションであるバレル２３６内の軸中心に設けられたスクリュー２３４の回転によって、その内部に挿入された原料（例えば、プラスチック）を押し出す。この原料の温度を検出するための温度センサ２４０が押出成形機２３２の内部に設けられている。温度センサ２４０は、一例として、熱電対や抵抗測温体（白金抵抗温度計）からなる。
押出成形機２３２では、新たな原料の挿入によって吸熱する一方で、スクリュー２３４の回転による原料の移動によって発熱する。そのため、この吸熱反応と発熱反応とによる温度変動を抑制するために、加熱装置２１０および冷却装置２２０（いずれも図１）が設けられる。
図２に示すフィードバック制御系１において、加熱装置２１０の一例として、押出成形機２３２の内部に発熱体を設けた構成を採用する。
より具体的には、加熱装置２１０は、ソリッドステートリレー（Solid State Relay：ＳＳＲ）２１２と、抵抗体である電熱ヒータ２１４とを含む。ソリッドステートリレー２１２は、ＡＣ電源と電熱ヒータ２１４との電気的な接続／遮断を制御する。より具体的には、調節器１００は、加熱信号として、操作量に応じたデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力する。ソリッドステートリレー２１２は、調節器１００からのＰＷＭ信号に従って、回路をＯＮ／ＯＦＦする。この回路のＯＮ／ＯＦＦの比率に応じた電力が電熱ヒータ２１４へ供給される。電熱ヒータ２１４へ供給された電力は熱になって原料へ与えられる。
一方、冷却装置２２０は、押出成形機２３２の周囲に配置された冷却配管２２２と、冷却配管２２２へ供給される冷却媒体（典型的には、水や油）の流量を制御する電磁弁２２４と、冷却配管２２２を通過した後の冷却媒体を冷却するための水温調整設備２２６とを含む。電磁弁２２４が冷却配管２２２を流れる冷却媒体の流量を調整することで、冷却能力を制御する。より具体的には、調節器１００は、冷却信号として、操作量に応じた大きさの電圧値または電流値を有する信号を電磁弁２２４へ出力する。電磁弁２２４は、調節器１００からの冷却信号に従って、弁の開度を調整する。この開度調整によって、押出成形機２３２か取り除かれる熱量が制御される。なお、２位置動作（開または閉）のみが可能な電磁弁を採用した場合には、上述の加熱信号と同様に、冷却信号として操作量に応じたデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力し、電磁弁２２４の開時間と閉時間とを調整することで、冷却媒体の流量を制御する。
［Ｃ．課題］
次に、図２に示すフィードバック制御系１において生じ得る、操作量と制御対象に生じる制御量との間の非線形性に由来する制御上の課題について説明する。特に、オートチューニングを実行した場合に生じる課題について説明する。
図３は、図２に示す制御対象プロセス２００における操作量と加熱能力および冷却能力との特性例を示す図である。本明細書において、「加熱能力」および「冷却能力」を割合で示す場合には、以下のように定義される。
加熱能力［％］＝任意操作量での加熱温度［℃／ｓｅｃ］／最大加熱温度［℃／ｓｅｃ］×１００［％］
冷却能力［％］＝任意操作量での冷却温度［℃／ｓｅｃ］／最大冷却温度［℃／ｓｅｃ］×１００［％］
まず、加熱特性（加熱の操作量に対する加熱能力の関係）については、図３に示すように、ほぼリニアである。つまり線形性を有しているといえる。これは、加熱装置２１０として電熱ヒータ２１４が用いられており、操作量に比例する電流（電力）を供給することで、発熱量をリニアに制御できるからである。
これに対して、冷却特性（冷却の操作量に対する冷却能力の関係）は、冷却装置２２０を構成する冷却配管２２２を流れる冷却媒体に応じて、異なる特性を有する。例えば、冷却媒体として油を用いた場合には、相変化がなく安定しているので、冷却の操作量に対する冷却能力はほぼリニアになる。つまり線形性を有しているといえる。これに対して、冷却媒体として水を用いた場合や、空気を用いた場合（空冷方式）には、冷却の操作量に対する冷却能力は非線形となる。このように、冷却特性は、冷却媒体や冷却方式によって大きく異なったものとなる。
特に、水を用いた水冷方式では、液相から気相に変化する際の気化熱が相対的に大きく、このような気化熱が生じるような領域では冷却能力が非常に大きくなる。そのため、水を用いた冷却方式（水冷方式）では、この気化熱が大きく影響し、非線形性が強くなる。このような水冷方式について、その能力の特性を事前に把握することは容易ではない。
図４は、図２に示す制御対象プロセスにおける操作量と加熱能力および冷却能力との別の特性例を示す図である。図４に示す特性例は、図３に示す水冷方式を採用した場合に、その冷却能力を発揮するための水量を異ならせた場合の冷却能力の特性をそれぞれ示す。図４に示すように、水量を異ならせることで、非線形性を生じる操作量も変化することがわかる。
このような非線形性の強いフィードバック制御系に対して、一般的なオートチューニングを実行してＰＩＤパラメータを決定すると、制御性能が悪化し得る。このような制御性能が悪化する理由について以下説明する。
図５は、一般的なオートチューニング実行時における制御対象の温度（観測量）および操作量の時間変化の一例を示す図である。図６は、図５に示すオートチューニングの実行によって決定されたＰＩＤパラメータを用いてフィードバック制御を行った場合の制御対象の温度（観測量）および操作量の時間変化の一例を示す図である。より具体的には、図６（ａ）には、冷却側の操作量と冷却能力との関係を示し、図６（ｂ）には、フィードバック制御時の制御対象の温度（観測量）および操作量の時間変化の一例を示す。
図５には、リミットサイクル法を用いたオートチューニング機能の例を示す。図５に示すように、通常のリミットサイクル法を適用した場合には、加熱側の操作量および冷却側の操作量をいずれも最大値（つまり、１００％および−１００％）として、交互にこれらの操作量を制御対象へ与える。このようにして発生した応答特性に基づいて、制御対象に応じたＰＩＤパラメータが決定される。
このように決定されたＰＩＤパラメータを用いてフィードバック制御を行うにあたって、実際に使用される操作量がオートチューニング実行時と離れている場合には、非線形性の影響を受けて制御性能が悪化する。すなわち、オートチューニング実行時に、図５に示すように、冷却能力が最大となる操作量が出力されているので、冷却装置２２０の冷却能力の最大値を前提として冷却能力の特性が推定される。すなわち、オートチューニング機能によって、図６（ａ）の破線に示すような特性が推定される。その推定された特性に応じたＰＩＤパラメータが決定される。
しかしながら、実際の特性は、推定された特性とは乖離している領域もあり、図６（ｂ）に示すように、操作量が相対的に小さい領域でフィードバック制御を行う場合には、推定された特性に対して、実際の特性は大きく乖離することになる。そのため、相対的に小さい操作量を用いて制御対象２３０を制御すると、オートチューニング機能によって設定されたＰＩＤパラメータが前提とする想定より現実の冷却能力が高くなり、制御対象２３０を冷し過ぎるという事態が生じる。
具体的には、冷却側の操作量を相対的に小さい領域（例えば、１０〜３０％）で制御対象２３０を冷却すると、図６（ｂ）に示すように、何らかの外乱に応答して冷却が開始されると、目標値に対して温度が下がり過ぎてしまうとともに、振動的な温度変動が生じてしまい、その収束に時間を要する。このように、オートチューニング機能によって推定された冷却能力と実際の冷却能力との乖離によって、制御性能が悪化する。
［Ｄ．解決手段の概要］
上述のような強い非線形性を有する制御対象２３０を含むフィードバック制御系に対して、より適切なＰＩＤパラメータを設定できるオートチューニング機能について説明する。
本実施の形態においては、オートチューニングにおいて使用する操作量を段階的に変更しつつ、最も好ましい操作量の大きさを探索する。そして、最も好ましい操作量における応答特性に基づいてＰＩＤパラメータを決定する。
より具体的には、調節器１００は、そのオートチューニング機能として、第１の操作量（冷却側の操作量）および第２の操作量（加熱側の操作量）の交互出力において、出力の切替毎に第１の操作量（冷却側の操作量）の大きさを順次変更するとともに、第１の操作量（冷却側の操作量）に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性からＰＩＤパラメータを決定する。すなわち、調節器１００は、冷却側の操作量を段階的に変更しつつ、リミットサイクルを複数回実行する。そして、各リミットサイクルの結果が予め定められた条件を満たすと判断されると、調節器１００は、そのときの冷却特性（応答特性）から、冷却側のＰＩＤパラメータを算出する。なお、加熱特性（応答特性）から、加熱側のＰＩＤパラメータも算出される。
図７は、本実施の形態に係る調節器１００によるオートチューニング実行時の時間波形例を示す図である。図８は、本実施の形態に係る調節器１００によるオートチューニング実行時の操作量の冷却能力の特性上における変化を示す図である。
本実施の形態においては、冷却能力に非線形性が存在するので、調節器１００は、図７に示すように、オートチューニングの各サイクルにおいて、冷却側の操作量の大きさを順次変更していく。なお、加熱能力に非線形性が存在する制御系であれば、加熱側の操作量の大きさについても順次変更していけばよい。
より具体的には、１回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿１を１００％と設定し、２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿２を１回目の操作量ＭＶｃ＿１をρ＿１倍した値に設定し、３回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿３を２回目の操作量ＭＶｃ＿２をρ＿２倍した値に設定する。以下同様にして、冷却側の操作量ＭＶｃをリミットサイクル毎に変更する。このように冷却側の操作量ＭＶｃを順次変更することで、オートチューニングにおいて考慮される冷却能力の大きさは、図８に示すように順次変化する。
ここで、冷却側の操作量ＭＶｃの変更係数ρ＿ｉ（０＜ρ＿ｉ＜１）については、予め定められた一定値を採用してもよいが、直前の交互出力によって取得された応答特性から、新たな交互出力における冷却側の操作量ＭＶｃの大きさを決定することが好ましい。このような直前の交互出力の応答特性を利用する一例として、本実施の形態においては、加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）を表す以下の比を用いる。
変更係数ρ＿ｉ＝冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿ｉ−１／加熱出力時間Ｔｏｎ＿ｉ−１
但し、冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿ｉ−１は、（ｉ−１）回目（前回）のリミットサイクルにおいて冷却側の操作量ＭＶｃが０に維持される時間の長さを示し、加熱出力時間Ｔｏｎ＿ｉ−１は、（ｉ−１）回目（前回）のリミットサイクルにおいて冷却側の操作量ＭＶｃが出力される時間の長さを示す（図７参照）。
このとき、冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿ｉ−１と加熱出力時間Ｔｏｎ＿ｉ−１との大きさの関係によっては、上述の式において、変更係数ρ＿ｉが１を超える場合もあるので、算出される変更係数ρ＿ｉが変更係数上限値ρ＿ｍａｘ以下になるように制限することが好ましい。
このように、調節器１００は、そのオートチューニング機能として、直前の交互出力において第１の操作量（冷却側の操作量）が出力された期間（冷却出力時間Ｔｏｆｆ）の長さと第２の操作量（加熱側の操作量）が出力された期間（加熱出力時間Ｔｏｎ）の長さとに応じて、当該直前の交互出力における第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定する。
次に、上述のような、冷却側の操作量ＭＶｃを順次変更した探索を終了する条件としては、冷却特性（冷却の操作量に対する冷却能力の関係）上において、線形性を有している領域の操作量であると判断されたことを採用してもよい。ここで、調節器１００は、そのオートチューニング機能として、順次変更される第１の操作量（冷却側の操作量）の大きさ別に、第１の操作量に対応する制御量の変化速度との関係を評価することで、第１の操作量に対する制御量の第１の変化が線形性を有しているか否かを判断する。
より具体的には、この冷却特性上における線形性については、以下に説明するような誤差を用いて評価できる。すなわち、リミットサイクルの終了条件は、算出される誤差が予め設定したしきい値以下になったことを含む。
そして、最終のリミットサイクルにおいて観測された冷却特性および加熱特性（応答特性）に基づいて、ZiegleおよびNicholsの限界感度法などを用いて、ＰＩＤパラメータが算出される。なお、ＰＩＤパラメータの算出方法については、公知の任意の方法を採用できる。
但し、制御系の特性によっては、算出される誤差が予め設定したしきい値以下にならない場合も想定されるため、発生したリミットサイクルの数が上限値（Ｎ回）に到達すれば、リミットサイクルを終了させてもよい。すなわち、調節器１００は、そのオートチューニング機能として、第１の操作量（冷却側の操作量）に対する制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されなくとも、第１の操作量および第２の操作量の交互出力が予め定められた回数実行されると、最終の交互出力において取得された応答特性からＰＩＤパラメータを決定する。
このようなオートチューニング方法を採用することで、制御対象が線形性を有している場合であっても、非線形性を有している場合であっても、適切なＰＩＤパラメータを算出できる。例えば、図１に示す制御系においては、冷却媒体の種類（水や油）などに応じて、オートチューニングの手順などを変更する必要がない。
［Ｅ．誤差評価］
次に、線形性を有している領域の操作量であるか否かを判断するための誤差について説明する。図９は、本実施の形態に係る調節器１００によるオートチューニングにおける誤差の評価方法を説明するための図である。図９に示すように、本実施の形態における「誤差」は、冷却特性（冷却の操作量に対する冷却能力の関係）において、前回のリミットサイクルで用いた操作量に対応する冷却能力で定義される直線に対して、今回のリミットサイクルで用いた操作量に対応する冷却能力がどの程度離れているかという度合いを示す値に相当する。
具体的には、図９に示すように、原点をＰ０とし、リミットサイクルｉ回目の冷却能力点をＰｉ（Ｐｉ．ｘ，Ｐｉ．ｙ）と定義する。ここで、Ｐｉ．ｘは、冷却側操作量を示し、Ｐｉ．ｙは、冷却能力を示す。また、冷却能力Ｐｉ．ｙは、リミットサイクル１回目における温度低下時の傾き（変化速度）Ｒ１に対する、リミットサイクルｉ回目における温度低下時の傾きＲｉの比から算出される（つまり、Ｐｉ．ｙ＝Ｒｉ／Ｒ１）。そして、リミットサイクルｉ回目の各々において、冷却能力Ｐｉと原点Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｉが設定される。誤差ｈｉは、直線Ｌ（ｉ−１）とｉ回目の冷却能力Ｐｉ（Ｐｉ．ｘ，Ｐｉ．ｙ）との距離として算出される。すなわち、この距離は、リミットサイクルｉ回目における線形判定の指標である誤差ｈｉとして算出される。図９には、２回目のリミットサイクルについての誤差ｈ２の算出例を示す。
［Ｆ．処理手順］
次に、本実施の形態に係る調節器１００において実行されるオートチューニングの処理手順について説明する。図１０は、実施の形態に係る調節器１００において実行されるオートチューニングの処理手順を示すフローチャートである。図１０に示す各ステップは、典型的には、調節器１００のＣＰＵ１１２がＦｌａｓｈＲＯＭ１１４に格納されたプログラムモジュール１１８に含まれる命令コードを実行することで実現される。図１０に示す処理手順は、ユーザなどがオートチューニングの開始を指示すると、予め定められた演算周期（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）に繰返し実行される。
図１０を参照して、ＣＰＵ１１２は、加熱側の操作量として１００％を出力し（ステップＳ１００）、制御対象プロセス２００から測定された温度（制御対象の温度）ＰＶが設定された目標値（設定温度）ＳＰに到達したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。制御対象の温度ＰＶが設定温度ＳＰに到達していなければ（ステップＳ１０２においてＮＯの場合）、ステップＳ１００以下の処理が繰返される。
制御対象の温度ＰＶが設定温度ＳＰに到達していれば（ステップＳ１０２においてＹＥＳの場合）、ステップＳ１０４以下の処理が実行される。このステップＳ１００およびＳ１０２の処理は、オートチューニングに係るリミットサイクルを発生させるための前処理である。
ＣＰＵ１１２は、カウンタｉに「１」をセットし（ステップＳ１０４）、１回目のリミットサイクルの発生を指示する（ステップＳ１０６）。このカウンタｉは、リミットサイクル回数を示す。１回目のリミットサイクルにおける冷却側および加熱側の操作量はいずれも１００％とする。リミットサイクルの発生指示は、制御対象の温度ＰＶが設定温度ＳＰと一致するまで冷却側の操作量（この場合は、１００％）を出力し、制御対象の温度ＰＶが設定温度ＳＰと一致すると、加熱側の操作量（この場合は、１００％）を出力するという一連の処理を含む。
１回分のリミットサイクルの発生が完了すると、ＣＰＵ１１２は、カウンタｉを１だけインクリメントする（ステップＳ１０８）。そして、ＣＰＵ１１２は、前回のリミットサイクルにおける冷却側の操作量についての冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿ｉ−１および加熱出力時間Ｔｏｎ＿ｉ−１を用いて、変更係数ρ＿ｉ（＝Ｔｏｆｆ＿ｉ−１／Ｔｏｎ＿ｉ−１）を算出するとともに、算出した変更係数ρ＿ｉを用いて今回の冷却側の操作量ＭＶｃ＿ｉ（＝ＭＶｃ＿ｉ−１×ρ＿ｉ）を算出する（ステップＳ１１０）。
続いて、ＣＰＵ１１２は、ｉ回目のリミットサイクルの発生を指示する（ステップＳ１１２）。ｉ回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量はＭＶｃ＿ｉ％とし、加熱側の操作量は１００％とする。リミットサイクルの発生指示は、制御対象の温度ＰＶが設定温度ＳＰと一致するまで冷却側の操作量（この場合は、ＭＶｃ＿ｉ％）を出力し、制御対象の温度ＰＶが設定温度ＳＰと一致すると、加熱側の操作量（この場合は、１００％）を出力するという一連の処理を含む。そして、ＣＰＵ１１２は、今回の冷却特性（応答特性）と前回の冷却特性（応答特性）とから誤差ｈｉを算出する（ステップＳ１１４）。
その後、ＣＰＵ１１２は、算出した誤差ｈｉがしきい値γ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１６）。算出した誤差ｈｉがしきい値γを超えていれば（ステップＳ１１６においてＮＯの場合）には、ＣＰＵ１１２は、現在のカウンタｉの値がリミットサイクルの最大値Ｎに到達しているか否かを判断する（ステップＳ１１８）。
現在のカウンタｉの値がリミットサイクルの最大値Ｎに到達していなければ（ステップＳ１１８においてＮＯの場合）には、ＣＰＵ１１２は、ステップＳ１０８以下の処理を実行する。
これに対して、算出した誤差ｈｉがしきい値γ以下の場合（ステップＳ１１６においてＹＥＳの場合）、または、現在のカウンタｉの値がリミットサイクルの最大値Ｎに到達している場合（ステップＳ１１８においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵ１１２は、ｉ回目のリミットサイクルにおける応答特性から、ＰＩＤパラメータを算出する（ステップＳ１２０）。そして、処理は終了する。
［Ｇ．制御構成］
次に、本実施の形態に係る調節器１００に搭載されるオートチューニング機能を実現する制御構成について説明する。図１１は、本実施の形態に係る調節器１００に搭載されるオートチューニング機能を実現する制御構成を示す模式図である。
図１１を参照して、調節器１００は、その制御構成として、センサ出力受付部１６２と、ユーザ設定受付部１６４と、加熱側ＰＩＤ演算部１６６と、冷却側ＰＩＤ演算部１６８と、切換部１７０と、ＰＩＤパラメータ算出部１７２と、オートチューニング制御部１７４と、スイッチ１８０とを含む。
センサ出力受付部１６２は、温度センサ２４０からの出力信号を受け付け、所定のレンジ調整などを行った上で、制御対象の温度ＰＶを出力する。ユーザ設定受付部１６４は、ユーザ操作に従って設定温度ＳＰの設定を受け付ける。なお、外部装置（例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Control）など）から設定温度ＳＰが設定されることもある。
加熱側ＰＩＤ演算部１６６および冷却側ＰＩＤ演算部１６８は、通常のＰＩＤ制御を実行するための部位であり、それぞれＰＩＤパラメータ１７６および１７８に従って、制御対象の温度ＰＶと設定温度ＳＰとから、操作量ＭＶｈおよびＭＶｃをそれぞれ算出および出力する。ＰＩＤパラメータ１７６および１７８は、ユーザが直接的に入力してもよいが、本実施の形態においては、後述するＰＩＤパラメータ算出部１７２によって自動的に設定される。
切換部１７０は、加熱側ＰＩＤ演算部１６６および冷却側ＰＩＤ演算部１６８からそれぞれ出力される操作量ＭＶｈおよびＭＶｃを状況に応じて切り替えて出力する。図１に示すフィードバック制御系１では、加熱側ＰＩＤ演算部１６６および冷却側ＰＩＤ演算部１６８の両方がアクティブになる必要はないので、操作量を直接的に切り替える方式に代えて、加熱側ＰＩＤ演算部１６６および冷却側ＰＩＤ演算部１６８の一方のみを選択的にアクティブ化するような構成を採用してもよい。
ＰＩＤパラメータ算出部１７２およびオートチューニング制御部１７４は、オートチューニングを実行するための部位である。オートチューニング制御部１７４は、上述したようなリミットサイクルを発生させるための操作量（操作量ＭＶｈおよびＭＶｃ）を発生する。ＰＩＤパラメータ算出部１７２は、最終のリミットサイクルにおいて観測された加熱特性および冷却特性（応答特性）に基づいて、ＰＩＤパラメータ１７６および１７８を決定する。
スイッチ１８０は、通常の制御時とオートチューニング実行時との間で、操作量の出力元を切り換える。すなわち、通常の制御時には、切換部１７０からの操作量が制御対象プロセス２００へ出力され、オートチューニング実行時には、オートチューニング制御部１７４からの操作量が制御対象プロセス２００へ出力される。
［Ｈ．オートチューニング結果例］
次に、本実施の形態に係るオートチューニング機能の効果をシミュレーションによって評価した結果について説明する。
図１２は、本実施の形態に係るオートチューニングに係る各部の時間波形を示す一例である。図１２に示すシミュレーション結果において、冷却側の操作量ＭＶｃの変更係数ρ＿ｉは、変更係数ρ＿ｉ＝冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿ｉ−１／加熱出力時間Ｔｏｎ＿ｉ−１に従って、各サイクルにおいて算出した。但し、図１に示すフィードバック制御系１に含まれる制御対象プロセス２００（すなわち、水冷方式または空冷方式の押出成形機）では、非線形点（特性が急激に変化する部分）は、一般的に、操作量が５〜２０％の領域にあるため、変更係数上限値ρ＿ｍａｘを０．４に設定した。
図１２に示すシミュレーション結果では、５回目のリミットサイクルにおいて、その誤差ｈｉがしきい値γ以下となった。そのため、５回目のリミットサイクルにおいて観測された冷却特性および加熱特性（応答特性）に基づいて、ＰＩＤパラメータが決定される。
図１２に示すように、加熱側の操作量ＭＶｈは１００％に維持されているのに対して、冷却側の操作量ＭＶｃが順次小さくなっているのがわかる。制御対象の温度ＰＶに生じるリミットサイクルに基づいて、限界感度法などを用いてＰＩＤパラメータが決定される。
図１３は、図１２に示すオートチューニングの実行によって算出されたＰＩＤパラメータを用いた制御性能の比較例を示す図である。図１２には、従来のオートチューニングを用いて決定したＰＩＤパラメータを用いてフィードバック制御を行った結果と、本実施の形態に係るオートチューニングを用いて決定したＰＩＤパラメータを用いてフィードバック制御を行った結果とを示す。
図１３からわかるように、本実施の形態に係るオートチューニングによって決定したＰＩＤパラメータを用いることで、制御対象の温度ＰＶを設定温度ＳＰとより高精度に一致させることができると言える。
なお、リミットサイクルの最大値Ｎを「３」に設定したような場合には、図１２に示す段階的に変更される冷却側の操作量ＭＶｃのうち、３回目の変更がなされた時点でオートチューニングは完了することになる。この場合であっても、３回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿３と５回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿５とは、比較的近い値を示すので、概ね適切なＰＩＤパラメータを決定できる。すなわち、オートチューニングに要する時間とＰＩＤパラメータの精度との関係は、一種のトレードオフの関係にあるが、通常のＰＩＤ制御において使用される範囲の操作量を用いてオートチューニングを実行すれば、非線形性の影響を回避したＰＩＤパラメータを決定できる。
［Ｉ．ユーザインターフェイス］
オートチューニングでは、制御対象に対して実際に何らかの操作量を与えて、その応答特性に基づいてＰＩＤパラメータを算出する。特に、リミットサイクル法では、観測量（ＰＶ）を振動させて制御系の特性値を推定するため、時定数の長い制御系では、必要な応答特性を観測するために比較的長い時間を要する。そのため、オートチューニングの実行中において、その実行状態や完了時期（予測値）などをユーザへ通知することが、よりユーザフレンドリである。
以下、このようなオートチューニングに係るユーザ支援のためのユーザインターフェイスの一例について説明する。
（ｉ１：オートチューニングの実行状態の通知）
まず、オートチューニングの実行状態を通知するユーザインターフェイスについて説明する。図１４は、本実施の形態に係る調節器１００が提供するユーザインターフェイスの一例を示す模式図である。図１４に示す調節器１００は、表示部１５０を有している。表示部１５０には、制御対象の温度ＰＶおよび設定温度ＳＰの現在値が表示されている。また、表示部１５０に近接して配置されたたボタンやスイッチなどをユーザが操作することで、設定温度ＳＰなどが変更される。
図１４には、オートチューニングの実行中のある状態を示す。図１４に示すように、オートチューニングの実行状態の値として、現在発生しているリミットサイクルの回数、つまり何回目のリミットサイクルが実行されているかが表示される。表示部１５０は、現在のリミットサイクルの回数を示すインジケータ１５２を含む。つまり、調節器１００は、現在実行されている交互出力の回数を表示する表示手段としての表示部１５０を含む。
リミットサイクルの最大値Ｎが予め設定されているので、ユーザは、このような現在のリミットサイクルの回数を見ることで、オートチューニングがあとどれくらいで完了するのかを知ることができる。
（ｉ２：オートチューニングの完了時期の通知）
図１４に示す現在のリミットサイクルの回数に代えて、あるいは、それ加えて、オートチューニングの完了までに要する時間を通知するようにしてもよい。すなわち、調節器１００は、ＰＩＤパラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示する表示手段としての表示部１５０を含むようにしてもよい。
図１５は、本実施の形態に係る調節器１００が提供するユーザインターフェイスの別の一例を示す模式図である。
図１５（ａ）には、オートチューニングの完了までに要する残時間を示すインジケータ１５４を含む表示部１５０の例を示す。オートチューニングの完了までに要する残時間を予測する方法としては、まず、１回分のリミットサイクルを発生させて、それに要した時間を計測するとともに、その計測した時間にリミットサイクルの最大値Ｎを乗じた時間を、残時間として算出することができる。あるいは、リミットサイクルの半サイクル（冷却側または加熱側）の発生に要する時間から残時間を算出してもよい。さらに、以前にオートチューニングを実行したことがある場合には、そのときに取得された応答特性に基づいて、残時間を算出してもよい。
また、オートチューニングの完了までに要する残時間ではなく、オートチューニングが完了する時刻を表示するようにしてもよい。図１５（ｂ）に示す表示部１５０は、オートチューニングが完了することが予測される時刻を示すインジケータ１５６を含む。
このように、比較的時間のかかるオートチューニングについて、完了するタイミングを事前に知ることができるので、ユーザは、時間を有効に活用することができる。
［Ｊ．変形例１］
上述の実施の形態においては、加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）を表す変更係数ρ＿ｉを乗じることで、冷却側の操作量ＭＶｃを順次変更する構成例について説明した。この変更係数ρ＿ｉについては、これに限らず任意の値に設定できる。また、各リミットサイクルにおいて変更係数ρ＿ｉを動的に決定する構成に代えて、一連のオートチューニングにおいて変更係数ρとして固定値を採用してもよい。
このように変更係数ρ＿ｉ（あるいは、変更係数ρ（固定値））については、制御対象などに応じて適宜設定すればよい。一方で、オートチューニングに要する時間を可能な限り短縮したいというニーズもある。そこで、変更係数に係る一つの変形例として、上述した加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）という技術的意義を失わず、かつ、より短時間でオートチューニングが完了するための構成について説明する。
本変形例においては、各リミットサイクルが終了すると、次のリミットサイクルに用いられる新たな操作量として、現在の操作量に変更係数ρ＿ｉの二乗を乗じた値を用いる。すなわち、以下のような数式に従って、操作量ＭＶｃ＿ｉを順次変更する。
変更係数ρ＿ｉ＝冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿ｉ−１／加熱出力時間Ｔｏｎ＿ｉ−１
操作量ＭＶｃ＿ｉ＝ＭＶｃ＿１−１×ρ＿ｉ×ρ＿ｉ
このように、変更係数ρ＿ｉの二乗を用いることで、図１２に示すような冷却側の操作量ＭＶｃを段階的に変更する処理において、実質的に一つ飛ばしで操作量ＭＶｃを変更することになる。すなわち、調節器１００は、そのオートチューニング機能として、直前の交互出力における第２の操作量（加熱側の出力）が出力された期間（加熱出力時間Ｔｏｎ）の長さに対する第１の操作量（加熱側の出力）が出力された期間（冷却出力時間Ｔｏｆｆ）の長さの比（ρ）の二乗に応じて、当該直前の交互出力における第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における第１の操作量の大きさを決定する。
図１６は、本実施の形態の変形例１に係るオートチューニングに係る各部の時間波形を示す一例である。変更係数ρ＿ｉを乗じて操作量ＭＶｃを順次変更する場合（図１２）には、５回のリミットサイクルを発生させなければ、誤差ｈｉがしきい値γ以下にならなかったが、図１６に示すように、変更係数ρ＿ｉの二乗を乗じて操作量ＭＶｃを順次変更することで、リミットサイクルを３回の発生させることで、誤差ｈｉをしきい値γ以下にできる。このように、制御対象が非線形性を有していることが予めわかっている場合には、操作量ＭＶｃを変更させる度合いをより大きくすることで、オートチューニングに係る時間を短縮化できる。
［Ｋ．変形例２］
上述の変形例１においては、加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）を表す変更係数ρ＿ｉの二乗を乗じることで、操作量ＭＶｃを順次変更する例について説明した。しかしながら、変更係数ρ＿ｉの二乗に限られることなく、変更係数ρ＿ｉのｎ乗（ｎ＞１）を乗じて、操作量ＭＶｃを順次変更してもよい。以下、このような変更係数ρ＿ｉのｎ乗（ｎ＞１）を乗じて、操作量ＭＶｃを順次変更してもよい理由について説明する。
上述したような押出成形機２３２において、冷却能力は、加熱能力より大きく、かつ、非線形性を有している。また、リミットサイクル法を用いたオートチューニング機能では、発生させるリミットサイクルを正弦波に近付けるほど、その精度を高めることができる。
図１７は、図２に示す制御対象プロセスにおける加熱能力および冷却能力と操作量（加熱および冷却）との間の関係の一例を示す図である。図１７に示す特性例において、第１象限は、加熱能力（縦軸）と操作量（加熱）（横軸）との関係を示す。Ａｈは、操作量（加熱）が１００％のときの加熱能力［℃／ｓｅｃ］の大きさを示す。また、第３象限は、冷却能力（縦軸）と操作量（冷却）（横軸）との関係を示す。Ａｃは、操作量（冷却）が１００％のときの冷却能力［℃／ｓｅｃ］の大きさを示す。なお、冷却能力は、設備の設置条件や設定条件によって変化するため、図１７には、設定条件を３つに異ならせた場合の冷却能力の特性をそれぞれ示す。
ここで、図１７において、冷却能力の特性が変化する点（図１７において●印で示す点）を非線形点と定義する。
上述の実施の形態において説明した加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）を表す変更係数ρ＿２（＝冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿１／加熱出力時間Ｔｏｎ＿１）を用いて、２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿２を算出する場合には、以下のような数式に従って算出される。
ＭＶｃ＿２＝１００％×変更係数ρ＿２
図１７において、この数式に従って算出される２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿２を○印で示す。すなわち、上の数式は、冷却能力の特性を線形とした場合に、加熱の能力と冷却の能力とのバランスを揃えるための計算式に相当する。
ここで、図１７に示すように、例えば、冷却特性１について算出すべき冷却特性（線形特性）の範囲は、操作量が○印で示す点より小さい領域である。そのため、加熱と冷却との比（能力比）を乗じるだけでは、２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿２が、非線形点（●印で示す位置）より大きいため、図１７の矢印で示す範囲（線形部分）の特性を捉えることができないことになる。また、図１７に示す他の冷却特性についても、それぞれの非線形点（●印で示す位置）が変化するため、加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）を乗じるだけでは、線形部分を捉えることができない。
そこで、図１７に示すような冷却特性を有する制御対象に対しては、上述のような数式に対して、非線形点より小さい範囲の線形特性を捉えるために、補正係数Ｘｃ（０＜Ｘｃ＜１）を導入する。すなわち、加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比）を表す変更係数ρ＿２（＝冷却出力時間Ｔｏｆｆ＿１／加熱出力時間Ｔｏｎ＿１）を用いて、２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量ＭＶｃ＿２を算出する場合には、以下のような数式に従って算出される。
ＭＶｃ＿２＝１００％×変更係数ρ＿２×補正係数Ｘｃ
このような数式を用いることで、図１７において、○印で示す位置（変更係数ρ＿１を乗じることで算出される２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量）は、さらにＸｃ倍され、非線形点（●印で示す位置）より小さい点（つまり、ゼロ側）へ補正されることになる（破線の丸印）。
図１７の冷却能力１〜３に示すように、非線形点（●印で示す位置）は、冷却能力（図１７に示すＡｃ）が大きくなるほどＹ軸に近づく傾向がある。すなわち、非線形点（●印で示す位置）のＸ座標値は、冷却能力の逆数（１／Ａｃ）と因果関係があるといえる。
ここで、冷却能力の逆数（１／Ａｃ）∝加熱と冷却とのシステムゲイン比（能力比：Ａｈ／Ａｃ）∝能力比（変更係数ρ）の関係が成立すると考えられるので、非線形点（●印で示す位置）の横軸の座標値は、能力比（変更係数ρ）と因果関係があるといえる。
図１７に示すような特性は、加熱装置２１０および冷却装置２２０を含む押出成形機２３２において得られる。但し、加熱装置２１０により制御対象に生じる加熱についての制御量は、対応する操作量について相対的に強い線形性を有しており、冷却装置２２０により制御対象に生じる冷却についての制御量は、対応する操作量について相対的に強い非線形性を有している。そして、このような押出成形機２３２を制御対象とした場合には、補正係数Ｘｃと能力比（変更係数ρ）との間の因果関係をＸｃ＝ρｍ（０．５≦ｍ≦２．０）とモデル化することで、算出される２回目のリミットサイクルにおける冷却側の操作量（破線の丸印）が非線形点（●印で示す位置）より縦軸により近くなり、線形部分の特性を捉えることができる。この関係は、冷却能力の大きさが変化しても、押出成形機２３２においては成立すると考えられる。
したがって、補正係数Ｘｃを含む上式は、以下のように変形できる。
ＭＶｃ＿２＝１００％×変更係数ρ＿２×変更係数ρ＿２ｍ
＝１００％×変更係数ρ＿２（ｍ＋１）＝１００％×変更係数ρ＿２ｎ
このように、現在の操作量に変更係数ρ＿ｉのｎ乗を乗じた値を用いることで、操作量ＭＶｃ＿ｉが順次変更される。このｎ乗のｎとしては、２の近傍の値を用いることが好ましい。より具体的には、調節器１００は、１．５≦ｎ≦３．０を満たすようなｎを用いて、新たな交互出力における第１の操作量（冷却側の操作量）の大きさを決定する。
このように、制御対象が非線形性を有していることが予めわかっている場合には、操作量ＭＶｃの変更係数のｎ乗を乗じて、新たなリミットサイクルにおける操作量ＭＶｃを算出することで、オートチューニングに係る時間を短縮化できる。
［Ｌ．変形例３］
上述の実施の形態においては、リミットサイクルを複数回発生させる例について説明したが、ある種類の制御対象については、１回のリミットサイクルによって取得される応答特性のみから適切なパラメータを決定することもできる。以下、１回のリミットサイクルを発生、つまり第１の操作量（冷却側の操作量）および第２の操作量（加熱側の操作量）を観測量に応じて交互に出力し、それによって取得される応答特性のみからパラメータを決定する方法について説明する。
図１８は、本実施の形態の変形例３に係るパラメータを決定する過程を説明するための図である。図１８を参照して、まず、冷却側の操作量ＭＶｃを１００％としてリミットサイクル（１回目）を発生させる。このとき、加熱側の操作量ＭＶｈも同じく１００％とする。リミットサイクルの発生によって取得された応答特性（時間波形）から冷却能力Ｙｃ［℃／ｓｅｃ］を算出する。冷却側の操作量ＭＶｃを変化させたとしても、冷却能力Ｙｃが変化しないと仮定して、もし２回目のリミットサイクルを発生させたのであれば、得られるであろう特性を推定する。
より具体的には、非線形点（図１８において●印で示す点）に相当する冷却側の操作量Ｘｃを上述の変形例２に係る方法によって算出する。すなわち、１回目のリミットサイクルにおいて生じた応答特性に基づいて、加熱出力時間Ｔｏｎに対する冷却出力時間Ｔｏｆｆの比から変更係数ρを決定し、この決定された変更係数ρをｎ乗（但し、１．５≦ｎ≦３．０）して得られる値を非線形点に相当する冷却側の操作量Ｘｃとして決定する。さらに、静的または動的に決定される補正係数を乗じた値を採用してもよい。非線形点において、１回目のリミットサイクルから決定された冷却能力と同一の冷却能力Ｙｃ［℃／ｓｅｃ］が維持されていると仮定して、上述のような手順によって決定された操作量Ｘｃ［％］を用いて、非線形点の特性値を推定する。すなわち、図１８に示す座標系における非線形点の座標は［Ｘｃ，Ｙｃ］となる。この非線形点［Ｘｃ，Ｙｃ］と原点［０，０］とを結ぶ直線（推定線）についての傾きＡｃ［℃／ｓｅｃ］を線形性が維持される操作量Ｘｃの範囲における冷却能力として決定する。そして、この冷却能力Ａｃ［℃／ｓｅｃ］を用いて、ＰＩＤパラメータが決定される。
このように、本変形例においては、（１）１回目のリミットサイクル応答特性（時間波形）から冷却能力Ｙｃ［℃／ｓｅｃ］を算出し、（２）非線形点の冷却操作量Ｘｃ［％］を推定し、（３）冷却能力は冷却側の操作量が１００％の場合と同等に維持されると仮定して非線形点［Ｘｃ，Ｙｃ］を決定し、（４）非線形点［Ｘｃ，Ｙｃ］と、原点とを通る推定線の傾きＡｃを冷却能力として算出し、（５）冷却能力Ａｃを用いてＰＩＤパラメータを算出する。
本変形例においては、調節器１００は、オートチューニング機能として、第１の操作量（冷却側の操作量）および第２の操作量（加熱側の操作量）を観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、第１の操作量（冷却側の操作量）および第２の操作量（加熱側の操作量）の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性（時間波形）からＰＩＤパラメータを決定する。このオートチューニング機能において、調節器１００は、応答特性から第１の操作量（冷却側の操作量）に対する制御量の第１の変化が線形性を維持できる第１の操作量（冷却側の操作量）の範囲（すなわち、非線形点）を推定するとともに、当該推定した範囲からＰＩＤパラメータを決定する。
本変形例に係るオートチューニング機能の有効性を確認するために、上述した本実施の形態に係るオートチューニング機能と比較した結果を示す。より具体的には、本実施の形態に係るオートチューニング機能（非線形点の特性を実際に計測）と本変形例に係るオートチューニング機能（非線形点の特性を推定）とにおいてそれぞれ算出したＰＩＤパラメータ（一例として、比例ゲイン（比例帯））間の乖離度合い（誤差率）を比較した。
図１９は、本変形例に係るオートチューニング機能によって算出されたＰＩＤパラメータの誤差率の評価結果例を示す図である。図１９に示す評価結果例においては、推定された非線形点（冷却側の操作量）毎に算出された誤差率ｅをプロットしている。この誤差率ｅは、本実施の形態に係るオートチューニング機能を用いて算出された比例帯Ｐｂ０と、本変形例に係るオートチューニング機能を用いて算出された比例帯Ｐｂとを用いて、以下に示す式に従って算出される。
誤差ｅ＝（Ｐｂ−Ｐｂ０）／Ｐｂ０×１００［％］
図１９には、図２に示す冷却装置２２０に示すような、鋳込みヒータ冷却方式に適用した場合の評価結果を示す。図１９に示す評価結果によれば、上述の本実施の形態に係るオートチューニング機能（非線形点の特性を実際に計測）に比較して、その誤差率は、平均が約１０％で、最大値でも２５％以内に収まっている。そのため、十分に実用的な精度が得られることがわかる。
以上のとおり、本変形例においては、２回目のリミットサイクルは発生させることなく、１回目のリミットサイクルによって取得された応答特性（時間波形）から非線形点を推定し、そしてＰＩＤパラメータを決定する。リミットサイクルを１回だけ発生させて、その結果からＰＩＤパラメータを決定するという方法を採用することで、リミットサイクルを複数回発生させる場合に比較して、やや推定精度は低下する可能性はあるが、実用上の問題はない程度の精度低下であり、それにもまして、オートチューニングに要する時間を短縮することができるので、チューニング作業の時間効率を高めることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ フィードバック制御系、１００ 調節器、１１０ 制御部、１１２ ＣＰＵ、１１４ ＲＯＭ、１１６ ＲＡＭ、１１８ プログラムモジュール、１２０ 入力部、１３０ 出力部、１３２ 加熱側出力部、１３４ 冷却側出力部、１４０ 設定部、１５０ 表示部、１５２，１５４，１５６ インジケータ、１６２ センサ出力受付部、１６４ ユーザ設定受付部、１６６ 加熱側ＰＩＤ演算部、１６８ 冷却側ＰＩＤ演算部、１７０ 切換部、１７２ ＰＩＤパラメータ算出部、１７４ オートチューニング制御部、１７６ ＰＩＤパラメータ、１８０ スイッチ、２００ 制御対象プロセス、２１０ 加熱装置、２１２ ソリッドステートリレー、２１４ 電熱ヒータ、２２０ 冷却装置、２２２ 冷却配管、２２４ 電磁弁、２２６ 水温調整設備、２３０ 制御対象、２３２ 押出成形機、２３４ スクリュー、２３６ バレル、２４０ 温度センサ。

Claims (21)

  1. オートチューニング機能を有する調節器であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するチューニング手段とを備え、
    前記チューニング手段は、前記第１の操作量および前記第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に前記第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性から前記パラメータを決定する、調節器。
  2. 前記チューニング手段は、直前の交互出力によって取得された応答特性から、新たな交互出力における前記第１の操作量の大きさを決定する、請求項１に記載の調節器。
  3. 前記チューニング手段は、直前の交互出力において前記第１の操作量が出力された期間の長さと前記第２の操作量が出力された期間の長さとに応じて、当該直前の交互出力における前記第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における前記第１の操作量の大きさを決定する、請求項２に記載の調節器。
  4. 前記チューニング手段は、順次変更される前記第１の操作量の大きさの別に、前記第１の操作量に対応する前記制御量の変化速度との関係を評価することで、前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を有しているか否かを判断する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の調節器。
  5. 前記チューニング手段は、前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されなくとも、前記第１の操作量および前記第２の操作量の交互出力が予め定められた回数実行されると、最終の交互出力において取得された応答特性から前記パラメータを決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の調節器。
  6. オートチューニング機能を有する調節器であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するチューニング手段とを備え、
    前記チューニング手段は、直前の交互出力における前記第２の操作量が出力された期間の長さに対する前記第１の操作量が出力された期間の長さの比のｎ乗（ｎ＞１）に応じて、当該直前の交互出力における前記第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における前記第１の操作量の大きさを決定する、調節器。
  7. 前記チューニング手段は、１．５≦ｎ≦３．０を満たすようなｎを用いて、新たな交互出力における前記第１の操作量の大きさを決定する、請求項６に記載の調節器。
  8. 前記制御対象は、加熱装置および冷却装置を含む押出成形機を含み、前記加熱装置により前記制御対象に生じる加熱についての制御量は、対応する操作量について相対的に強い線形性を有しており、前記冷却装置により前記制御対象に生じる冷却についての制御量は、対応する操作量について相対的に強い非線形性を有している、請求項６または７に記載の調節器。
  9. オートチューニング機能を有する調節器であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、前記第１の操作量および前記第２の操作量の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するチューニング手段とを備え、
    前記チューニング手段は、前記応答特性から前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を維持できる前記第１の操作量の範囲を推定するとともに、当該推定した範囲から前記パラメータを決定する、調節器。
  10. オートチューニング機能を有する調節器であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するチューニング手段と、
    現在実行されている交互出力の回数を表示する表示手段とを備える、調節器。
  11. オートチューニング機能を有する調節器であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定する操作量決定手段と、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するチューニング手段と、
    前記パラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示する表示手段とを備える、調節器。
  12. オートチューニング機能を有する調節器における制御方法であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップとを備え、
    前記パラメータを決定するステップは、前記第１の操作量および前記第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に前記第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップを含む、制御方法。
  13. オートチューニング機能を有する調節器における制御方法であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップとを備え、
    前記パラメータを決定するステップは、直前の交互出力における前記第２の操作量が出力された期間の長さに対する前記第１の操作量が出力された期間の長さの比のｎ乗（ｎ＞１）に応じて、当該直前の交互出力における前記第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における前記第１の操作量の大きさを決定するステップを含む、制御方法。
  14. オートチューニング機能を有する調節器における制御方法であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、前記第１の操作量および前記第２の操作量の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップとを備え、
    前記パラメータを決定するステップは、前記応答特性から前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を維持できる前記第１の操作量の範囲を推定するとともに、当該推定した範囲から前記パラメータを決定するステップを含む、制御方法。
  15. オートチューニング機能を有する調節器における制御方法であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップと、
    現在実行されている交互出力の回数を表示するステップとを備える、制御方法。
  16. オートチューニング機能を有する調節器における制御方法であって、
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップと、
    前記パラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示するステップとを備える、制御方法。
  17. オートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムであって、プロセッサに
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップとを実行させ、
    前記パラメータを決定するステップは、前記第１の操作量および前記第２の操作量の交互出力において、出力の切替毎に前記第１の操作量の大きさを順次変更するとともに、前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を有していると判断されたときに取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップを含む、制御プログラム。
  18. オートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムであって、プロセッサに
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップとを実行させ、
    前記パラメータを決定するステップは、直前の交互出力における前記第２の操作量が出力された期間の長さに対する前記第１の操作量が出力された期間の長さの比のｎ乗（ｎ＞１）に応じて、当該直前の交互出力における前記第１の操作量の大きさを補正することで、新たな交互出力における前記第１の操作量の大きさを決定するステップを含む、制御プログラム。
  19. オートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムであって、プロセッサに
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に１回ずつ出力し、前記第１の操作量および前記第２の操作量の１回ずつの交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップとを実行させ、
    前記パラメータを決定するステップは、前記応答特性から前記第１の操作量に対する前記制御量の第１の変化が線形性を維持できる前記第１の操作量の範囲を推定するとともに、当該推定した範囲から前記パラメータを決定するステップを含む、制御プログラム。
  20. オートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムであって、プロセッサに
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップと、
    現在実行されている交互出力の回数を表示するステップとを実行させる、制御プログラム。
  21. オートチューニング機能を有する調節器を実現する制御プログラムであって、プロセッサに
    制御対象から取得される観測量が目標値と一致するように、予め設定されたパラメータに従って、前記制御対象の制御量に第１の変化を生じさせるための第１の操作量、または、前記制御量に前記第１の変化とは反対の第２の変化を生じさせるための第２の操作量、を選択的に決定するステップと、
    前記第１の操作量および前記第２の操作量を前記観測量に応じて交互に出力し、当該交互出力によって取得された応答特性から前記パラメータを決定するステップと、
    前記パラメータの決定に必要な交互出力が完了する時期を表示するステップとを実行させる、制御プログラム。
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